Question

15．在一定条件下，在一容积可变的密闭容器中，将SO₂和O₂混合发生反应：
2SO₂（g）+O₂（g）$\frac{\underline{催化剂}}{△}$2SO₃（g）△H=-92.3KJ/mol
反应过程中，SO₂、O₂、SO₃的物质的量（mol）的变化如下表（0～4min时，容器气体压强为0.1MPa）：

时间min	0	1	2	3	4	5	6	7	8	w.9
n（SO2）	2.00	1.92	1.84	1.76	1.76	1.64	1.52	1.40	1.40	1.40
n（O2）	1.00	0.96	0.92	0.88	0.88	0.82	0.76	0.70	0.70	0.70
n（SO3）	w0	0.08	0.16	0.24	0.24	0.36	0.48	0.60	0.60	0.60

回答下列问题：
（1）3～4min，7～9min时段，反应处于平衡状态．
（2）第5min时，从同时提高速率和转化率两个方面分析，改变的外界条件是增大压强；平衡向正方向移动．（填“正”、“逆”或“不”）
（3）其他条件相同、催化剂不同时，S0₂的转化率随反应温度的变化如图a．260℃Cr₂O₃ （填Fe₂0₃、Ni0或Cr₂0₃）作催化剂反应速率最快．Fe₂O₃和Ni0作催化剂均能使S0₂的转化率达到最高，不考虑价格因素，选择Fe₂0₃的 主要优点是Fe₂O₃作催化剂时，在相对较低温度可获得较高SO₂的转化率．
（4）科研小组在380⁰C Fe₂0₃作催化剂时，研究了不同投料比n（O₂）：n（SO₂）对S0₂转化率的影响，结果如图b．请在答题卡坐标图中画出n（O₂）：n（SO₂）=1：2时，SO₂转化率的预期变化曲线．

Answer 1

分析 （1）依据图表中物质物质的量随时间变化而不变，判断反应达到的平衡状态；
（2）依据第5min时物质的物质的量变化分析二氧化硫和氧气物质的量减小，三氧化硫物质的量增加，平衡正向进行；
（3）根据图示内容对比260℃时SO₂的转化率来寻找反应速率最快，根据催化剂和二氧化硫转化率之间的关系来判断Fe₂O₃作催化剂的优点；
（4）分析图象b知，当SO₂的物质的量相同时，O₂的物质的量越大，达平衡的时间越短，反应速率越快，SO₂的平衡转化率越大，以此可画出n（O₂）：n（SO₂）=1：2时SO₂转化率的预期变化曲线．

解答 解：（1）图表数据分析可知在3～4min和7～9min时，二氧化硫、氧气和三氧化硫物质的量不变说明反应达到平衡，故答案为：3～4min、7～9min；
（2）第5min时物质的物质的量变化分析二氧化硫和氧气物质的量减小，三氧化硫物质的量增加，平衡正向进行，依据平衡移动原理分析可知增大压强平衡正向进行，符合物质的量变化，
故答案为：增大压强；正；　
（3）根据图示内容，对比260℃时不同催化剂作用下SO₂的转化率，可以看出Cr₂O₃作催化剂时，反应速率最快，Fe₂O₃和NiO作催化剂均能使SO₂的转化率达到最高，但是Fe₂O₃作催化剂时，在相对较低温度可获得较高SO₂的转化率，故答案为：Cr₂O₃；Fe₂O₃作催化剂时，在相对较低温度可获得较高SO₂的转化率；
（4）分析图象b知，当SO₂的物质的量相同时，O₂的物质的量越大，达平衡的时间越短，反应速率越快，SO₂的平衡转化率越大，以此可画出n（O₂）：n（SO₂）=1：2时SO₂转化率的变化曲线应该接近n（O₂）：n（SO₂）=3：2，而且反应所用时间较0.5：2时要短，即，
故答案为：．

点评 本题考查了影响反应速率和化学平衡的因素，侧重于催化剂的影响考查，注意对图象的分析应用，题目难度较大．